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                烷基糖苷APG在餐具洗滌中的應用

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                  一、餐具上的油污是如何除去的

                  餐具洗滌是從餐具表面除去油污等污垢的過程,常需使用餐具洗滌劑,表面活性劑是餐具洗滌劑的成分。表面活性劑分子通常含有一個較長的疏水鏈和一個親水基。疏水鏈在水中處于不穩定的狀態,有遷移到兩相或多相界面上的趨勢,以盡量減小與水的接觸面積,結果使界面張力降低,從而產生潤濕、增溶等功能。當表面活性劑濃度夠大時,表面活性劑分子在水中聚集,疏水鏈彼此靠在一起形成膠團,親水基向外構成膠團表面。膠團內可以包裹油污,使油在水中的溶解度顯著增大(即增溶作用)。再施以機械作用,就能將油污從餐具表面除去。

                  餐具洗滌劑常用的表面活性劑很多,如十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES),但是它們在安全性、對皮膚的影響、生物降解性能等方面都不夠理想。這里給大家介紹一種性能比較理想的綠色表面活性劑APG。

                  二、什么是APG

                  APG代表烷基糖苷(Alkyl Polyglucoside),通常為單糖和低聚糖的烷基糖苷化合物,烷基葡萄糖苷分子的結構如圖2所示。分子中的疏水鏈R一般為C8~C12的烷基,親水基為單糖或低聚糖苷(聚合度一般為1~3,很少超過5)。由于糖分子具有多個羥基,例如葡萄糖有5個羥基,蔗糖、麥芽糖有8個羥基,因此烷基糖苷的結構復雜,存在多種異構體。

                  三、APG的洗滌性能

                  APG分子中沒有強電離基團,屬于非離子型表面活性劑,其表面活性居于之列,比常見非離子型表面活性劑(例如脂肪醇聚氧乙烯醚)都強,并且在濃堿和電解質(如硅酸鈉等)溶液中仍能保持較高的表面活性。表面活性劑形成膠團的低濃度稱為臨界膠束濃度(cmc),它是衡量表面活性劑表面活性的重要參數。cmc越小,表面活性越高。當烷基相同時,常用的陰離子型十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉的cmc分別為1.2×10-3mol/L和9.3×10-3mol/L,非離子型月桂醇聚氧乙烯醚C12H25O(OC2H4)9H為1.0×10-4mol/L,而各種APG可小至8.0×10-5mol/L~2.2×10-4mol/L。

                  APG還具有其他優點,包括泡沫豐富,起泡能力與陰離子表面活性劑差不多;與其他表面活性劑復配具有協同效應,能提高表面活性并減小刺激性表面活性劑的用量;手感溫和,對皮膚刺激性小。由于它無毒,易于降解,并且100%用再生性天然原料生產,在能耗、生理、環境相容性等方面有其的優勢,因而被譽為綠色表面活性劑。它的缺點是受水質的影響較大,隨著水硬度增大,去污能力下降

                  四、APG的合成

                  APG通常用天然淀粉及其水解產物與脂肪醇縮合來制備,淀粉的水解產物可以是葡萄糖,也可以是二糖、三糖等低聚糖。合成方法有多種,目前主要使用化學合成法。

                  在此介紹兩種成熟的工業合成法。一種常稱為一步法,它是采用C8~C16的脂肪醇與淀粉水解產物直接反應來生產烷基糖苷,通常需要加熱,并需要催化劑。常用的催化劑為硫酸、對甲苯磺酸,也使用具有乳化性能的酸(如十二烷基苯磺酸),這些酸可使原料形成穩定的細小液滴,有助于糖苷化反應。

                  反應完成后除去脂肪醇,然后經過中和、漂白后,即得產物APG。這種方法相對簡單,但由于高碳醇與糖的溶解度不好,所以反應時間長,同時需要仔細控制反應條件,否則易形成結積的焦塊。國外主要用此法合成烷基糖苷。

                  另一種合成法常稱為二步法。以轉縮醛化法為例,它是在硫酸、對甲苯磺酸等酸性催化劑存在下, 先讓低碳脂肪醇(一般為丁醇)和淀粉(或其水解產物)生成低碳鏈的烷基糖苷,然后再以高碳鏈的脂肪醇取代糖苷中的低碳鏈,從而制得高碳鏈的烷基糖苷。以葡萄糖為原料的反應為:

                  目前國內主要用此法生產,常用的條件是:第一步反應2小時后,在100~120℃、真空下盡快除去正丁醇,再進行第二步反應。反應40分鐘后,用Na2CO3中和,在165℃,0.27 kPa下脫除十二醇,即得到產物。二步法的特點是反應時間短,操作簡單,很好地解決了醇糖相溶性問題,但規模化生產需要增加低碳醇的分離工序和設備,且產品純度不如一步法。除了化學法以外,還可用酶催化法來合成APG。該法具有選擇性好,條件溫和,工藝簡單,產品純度高等優點,但是轉化率低,反應速度慢,合適的酶體系建立復雜,因此目前還處于實驗室研究階段。

                  五、APG配制餐具洗滌劑

                  通常,使用APG的餐具洗滌劑配方中還含有其他表面活性劑,這樣配成的洗滌劑泡沫豐富,抗硬水性好,易漂洗,手感溫和。需要說明的是,泡沫與洗滌劑性能并無直接關系,但泡沫在洗滌過程中逐漸減少的現象,可表明洗滌溶液的有效成分減少,清洗能力下降。由于APG價格相對較高,一般配方中APG用量較少(通常在1%~15%),以降低成本。商業化生產中為了進一步降低成本并增大黏度,常用NaCl作為增稠劑。

                  以下是一個簡單配方的配制實驗方案:稱取APG(50%)0.70 g,AES(70%)1.20 g,分別加水至10 g,用水浴(或加熱套)微微加熱使其溶解。將兩份溶液混合,加入NaCl飽和溶液3.5 mL,輕輕攪拌均勻,即得產品。本產品具有很強的去污能力,將它稀釋5倍后在硬水中的洗滌效果仍很好。

                  在實驗中,需要注意以下事項:(1)AES具有弱酸性,對皮膚有定刺激性,應盡量避免直接接觸皮膚。(2)配制洗滌劑時,應將APG與AES分別溶解后再行混合,否則溶解會較困難。(3)APG較難溶于水,但劇烈攪動會產生大量泡沫,且增溶效果不明顯。所以溶解時不宜劇烈攪動,可以稍微加熱來促進溶解。(4)NaCl應以飽和溶液形式加入,直接加入固體會造成溶解困難。NaCl的用量不能過大,否則會失去增稠作用,反而使洗滌劑變稀。(5)實驗用品多為易燃有機物,所以整個過程不能有明火。

                  為滿足不同需求,可向洗滌劑中加入保濕劑(一般為少許甘油)避免洗滌后皮膚干燥,可加入香料(檸檬香料0.02 g)改善氣味,還可加入適量防腐劑(脫氫醋酸鈉0.01 g)延長產品保質期。

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